Stator, rotor en freewheel: zo werkt een e-bike
De belangrijkste onderdelen waarop een elektrische fiets zich onderscheidt van de traditionele stadsfiets zijn de accu en de motor. Beiden kunnen niet zonder elkaar en zijn van essentieel belang bij de elektrische aandrijving van een e-bike. Maar hoe werken die onderdelen precies en hoe zorgen ze ervoor dat de elektrische fiets in beweging komt? In dit artikel leggen we het je haarfijn uit.
PCM heeft samen met onze collega's van Computer!Totaal en Kieskeurig.nl een grote test van e-bike-accu's gedaan. De resultaten zijn nu gratis te downloaden.
De accu zorgt voor de stroomtoevoer van de elektromotor in de e-bike en zit achterop bij de bagagedrager of in het frame van de fiets verwerkt. De accu is opgebouwd uit meerdere accucellen, die met elkaar verbonden zijn en samen de capaciteit van de accu bepalen. Deze capaciteit wordt uitgedrukt in wattage per uur. Hoe hoger deze waarde, hoe langer de fiets meegaat op één acculading en/of hoe groot de actieradius van een e-bike is. Uiteraard hangt het verbruik ook af van het gebruik en de overige onderdelen van de fiets, zoals de typen sensoren en het soort motor.
Soort accu
De meest gebruikte soort accu in een e-bike is de Lithium-ion-batterij (kortweg: Li-ion). Door de hoge energiedichtheid kunnen deze accu’s meer stroom opslaan, terwijl het gewicht van de batterij beperkt is. Dat zorgt er weer voor dat een elektrische fiets langer meegaat op één acculading.
Ander typen accu zijn de Nikkel Methaalhydride (Nimh) en de Lithium-ion-polymeer (LiPo). De Nimh-accu is relatief groot en ontlaadt snel, vandaar dat dit type nauwelijks meer verkrijgbaar is. De LiPo-accu komt steeds vaker voor en is eigenlijk de verbeterde versie van de Li-ion omdat hij langer meegaat op één acculading. Ze zijn ook een stuk duurder.
Sensoren
E-bikes zijn uitgerust met één of meerdere sensoren. Deze sensoren bepalen wanneer de motor zijn werk moet doen, maar ook de mate van ondersteuning tijdens de fietstocht. De meest bekende typen zijn de trapkrachtsensor en de rotatiesensor.
Een rotatiesensor zit op elke e-bike en registreert of de trappers van een fiets worden gebruikt. Dit is voor de motor het signaal om ondersteuning te bieden. Het voordeel is dat de gebruiker direct ondersteuning krijgt tijdens het optrekken. In combinatie met het rijprogramma wordt uiteindelijk de ondersteuning door de motor bepaald.
Een trapkrachtsensor geeft door hoeveel kracht er op de pedalen wordt gezet. Het type programma dat de fietser kiest en de kracht die uitgeoefend wordt op de trappers, bepaalt uiteindelijk hoeveel ondersteuning de motor geeft. Daarbij geldt: hoe harder de fietser trapt, hoe hoger de snelheid. De sensor zorgt voor een heel natuurlijk gevoel van fietsen, wat met name fijn is in heuvelachtige gebieden. Deze sensor is doorgaan wat duurder dan een rotatiesensor en vraagt wat meer van de accu, waardoor de actieradius van de fiets wat lager ligt.
Sommige e-bikes hebben ook een snelheidssensor die voor een nauwkeurige afstelling van je snelheid zorgt. Een elektrische fiets biedt namelijk maar tot een snelheid van maximaal 25 kilometer per uur aan ondersteuning.
Borstelloze elektromotor
E-bikes maken gebruik van een zogenoemde borstelloze elektromotor. Deze is opgebouwd uit twee hoofdgedeelten: de stator en de rotor. De stator zit vast aan het frame van de fiets, de rotor is het deel dat kan draaien. De rotatie is mogelijk doordat beide onderdelen zijn uitgerust met magnetisch materiaal. Daarbij trekt de magneet in het vaste gedeelte (stator) de magneet in het draaiende gedeelte (rotor) telkens naar zich toe. Om te zorgen dat de rotor vervolgens niet tot stilstand komt vanwege de magnetische aantrekkingskracht, moeten de magneet in de stator van polariteit veranderen zodat de beweging gecontinueerd wordt.
Om de polariteit te veranderen, moet een van de magneten een elektromagneet zijn in de vorm van een spoel van koperdraad. Als daar stroom doorheen loopt, ontstaat er magnetische kracht. Als de stroomrichting wordt omgedraaid door middel van wisselstroom, verandert de elektromagneet ook van polariteit. Door deze techniek, maakt de rotor (het ronddraaiende gedeelte) dus een continue beweging. De rotor zit vast aan het wiel, waardoor de e-bike in beweging komt.
Plaats motor
De motor van een e-bike kan op drie verschillende plekken in een fiets zitten: het voorwiel, in het midden bij de trapas, of in het achterwiel. De motortechniek van de drie verschillende typen is grotendeels hetzelfde, al is er één belangrijk verschil: bij een naafmotor (in voor- en achterwiel) draait de rotor met de permanente magneet om het magnetisch veld van de stator heen, terwijl bij de middenmotor de permanente magneet juist binnen de stator draait.
Freewheel
Een e-bike is niet alleen maar elektrisch aangedreven: dankzij de combinatie van elektriciteit en spierkracht onderscheidt de elektrische fiets zich van bijvoorbeeld een snor- of bromfiets. Dit is mogelijk dankzij het freewheel bij het achterwiel. Deze zorgt ervoor dat de beweging die door de elektromotor tot stand komt wordt gescheiden van de beweging die de fietser zelf maakt. Dit is mogelijk doordat de ene helft van het freewheel aan de rotor vastzit, terwijl de andere helft verbonden is met de achterste tandwielen. Het voortandwiel drijft via de ketting de achtertandwielen aan. Het trapmechanisme kan op die manier volledig losstaan van de rotor.
De e-bike onderscheidt zich dus dankzij een slim staaltje elektrotechniek van een traditionele stadsfiets. De ontwikkeling van deze onderdelen gaat snel en daardoor worden e-bikes steeds geavanceerder en kunnen elektrische fietsen steeds meer kilometers afleggen met één aaculading.
Download hier de gratis PDF met de testresultaten van de E-bike Accutest.
